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药用真菌多糖抗肿瘤的构效关系

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时珍国医国药2010年第21卷第3期LISHIZHEN MEDICINE AND MATERIA MEDICA RESEARCH 2010 VOL.21 NO.3 药用真菌多糖抗肿瘤的构效关系 杨云华 ,江 南 ,罗 霞 ,郑林用 ,曹定知 (1.泸州医学院药学院,四川泸州 646000; 2.四川省中医药科学院中药细胞与分子生物学实验室,四川成都3.四川省农业科学院,四川成都610000) 610000; 摘要:真菌多糖具有广泛的生物学活性,其抗肿瘤作用已经成为当前研究的热点,真菌多糖的结构对其抑制肿瘤的活 性有着不可忽视的影响,真菌多糖的结构还在一定程度上决定着其抗肿瘤的作用机制。 关键词:多糖;肿瘤; 构效; 葡聚糖; 甘露聚糖 中图分类号:R962 文献标识码:B 文章编号:1008-0805(2010)03-0612-03 微生物和真菌多糖的基本结构单元,它可 多糖在生物体内不仅作为能量来源,而且是生物体的构成成 聚糖是自然界动植物、 分,是生物体内除核酸和蛋白质以外的一类重要生物分子。真菌 能是生物产生宿主防御机制的基本诱发基因…。多糖是自然界中存在种类较多、生物活性较高的一类活性多糖, 真菌多糖根据其单糖组成及糖苷键链接顺序不同主要有以  是从真菌子实体、菌丝体、发酵液中分离出的,由lO个以上的单 下类型:糖通过糖苷键连接而成的高分子多聚物。近年来研究发现,真菌 葡聚糖:①p(1 )糖苷键连接为主,并兼有少量p(1--- ̄4) 多糖具有抗肿瘤、增强免疫、降血脂、降血糖、抗肝炎、抗衰老等广 或其他糖苷键;②p(1 )糖苷键连接的低聚葡萄糖;③p(1— ) 泛的生物活性。 糖苷键连接的低聚葡萄糖。 甘露聚糖:主要有d一糖苷键连接的甘露聚糖,如银耳多糖 真菌多糖的活性与其结构有着密切的关系,真菌多糖的化学 结构和生理活性之间的关系一直是人们研究的焦点。通过对真 的主链结构是由 (1—3)糖苷键连接的甘露聚糖,侧链由葡萄醛 菌多糖的研究,普遍认为真菌多糖的活性与其初级结构、高级结 酸和木糖组成 ;葡聚糖+甘露聚糖:由仪(1—3)葡聚糖和 (1 构、理化性质等有关,同时,真菌多糖的结构还影响着其作用机 —3)甘露聚糖构成。 制。目前,对真菌多糖结构的研究主要集中于对其真菌多糖的提 2 真菌多糖抗肿瘤的构效关系及结构与抗肿瘤机制的关系 取纯化方法、作用效果及一级结构的分析,对其高级结构、结构和 真菌多糖的构效关系是指多糖的初级结构和高级结构及理 活性及结构和作用机理之间的相关性分析研究较少,这在一定程 化性质与其生物学活性的关系。真菌多糖的生物活性与其结构 度上影响了其临床的应用。本文选取了几种具有代表性的真菌 密切相关,真菌多糖的结构可以直接影响其生物活性,主链的糖 多糖,总结了它们的结构与其抗肿瘤的作用,以及结构与其抗肿 单元组成、糖苷键类型直接决定真菌多糖的活性,支链的类型、聚 瘤的作用机制之间的关系,以期为今后该领域的研究提供参考。 合度、在多糖链上的分布及其取代度决定其活性的强弱。 1真菌多糖的结构 同时,真菌多糖的结构对其作用机制也有着不同程度的影 多糖的结构包括初级结构和高级结构,初级结构又称一级结 响,真菌多糖抗肿瘤的作用方式总体可以分为两类:第1类是以 构,即多糖的单糖组成及排列顺序和糖苷键类型;高级结构即多 细胞毒为主的直接抗肿瘤方式,这种方式主要是通过改变瘤体细 糖的构象,高级结构决定于其一级结构,又分为二级、三级和四级 胞膜的生长特性,抗突变,抗自由基,诱导分化与诱导凋亡等达到 结构。多糖的二级结构通常指多糖骨架链间以氢键结合所形成 对肿瘤细胞的直接杀伤作用;第2类是以调节机体免疫为主的间 的各种聚合体;多糖的三级结构为多糖在二级结构的基础上进一 接抗肿瘤方式,对免疫系统的调节包括调节免疫器官,影响T淋 步卷曲、折叠,或两链双螺旋所形成的一定构象,是由多糖中糖残 巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞以及NK细胞的活性等,从而间接 基中的羟基、羧基、氨基及其它官能团间通过非共价作用形成的 抑制肿瘤的生长。 有序、规则而粗大的空间构象;四级结构是指多糖多聚链间以非 2.1 真菌多糖的初级结构与其抗肿瘤活性及机制的关系 共价作用力结合而形成的聚合体。 2.1.1 以葡聚糖为主链的真菌多糖以葡聚糖为主链的真菌多 主链糖单元的组成决定了多糖的种类,不同种类的多糖,其 糖主要代表有香菇多糖、茯苓聚糖、云芝多糖、猪苓多糖等,这类 生物学活性存在较大差异。根据主链糖单元的组成可将多糖分 多糖大多可以刺激机体免疫活性,提高细胞免疫及体液免疫功 为两类:同多糖和杂多糖。同多糖是指主链的重复单元相同的多 能,促进免疫球蛋白形成,提高单核巨噬细胞的活性,增强巨噬细 糖;杂多糖则是由两种或两种以上的单糖连接而成的多糖。从真 胞的吞噬功能和消化功能,促进淋巴细胞转化,激活T细胞和B 菌中获得的活性多糖多数由葡萄糖构成,少量以甘露糖组成。葡 细胞,并促进抗体的形成;可以影响细胞周期、抑制肿瘤转移、抑 收稿日期:2009 ̄5—21;修订日期:2009-09-21 基金项目:国家产业技术体系专项: 制细胞突变;可以提高机体TNF、IFN含量,从而抑制肿瘤血管形 成等。 从香菇子实体或菌丝体中分离得到的香菇多糖主链结构是 G一(1—3)葡聚糖,具有抗肿瘤作用及提高细胞免疫及体液免疫 的功能 j,研究表明香菇多糖的抗肿瘤活性所必不可少的构型 四川省都江堰市地震灾后山区特色农业技术研究与示范项目 (No.20088BAK51B03) 作者简介:杨云华(1983-),男(汉族),山东临沂人,现为泸州医学院药理 是具有p—D一(1—3)吡喃葡聚糖主链,C6上带有分支侧链,且 学2007级在读硕士研究生,学士学位,主要从事药用真菌抗肿瘤作用的 B一(1—3)和p一(1—6)结合的侧链共存。香菇多糖可以明显 研究工作. 增强S18o荷瘤小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能,提高s啪荷瘤小鼠 通讯作者简介:曹定知(1949.),男(汉族),四川平昌人,现任四川省中 脾细胞的转化功能和NK细胞的活性,王慧铭等 实验表明香菇 医药科学院研究员,主要从事中药药剂、中药新药及保健品研究开发等工 多糖抑制Slso肿瘤生长的作用机制是通过增强荷瘤小鼠的非特 作. ・异性免疫功能和细胞免疫功能。阮征 提取纯化得到一种重均 612・ LISHIZHEN MEDICINE AND MATERIA MEDICA RESEARCH 2010 VOL.21 NO.3 时珍国医国药2010年第21卷第3期 分子量为2.03 X10 、单糖为葡萄糖的香菇多糖级分(L一2),连 糖为主链,每两个葡萄糖单元有一个B一(1—6)一D一葡聚糖支 续10 d通过腹腔注射给予小鼠不同剂量的香菇多糖L一2(1O 链 ;裂褶菌多糖主链为p一(1 )葡聚糖,通过p一(1— )糖 m kg体重),测定正常小鼠与荷瘤S 。。小鼠的血清中肿瘤坏死 苷键与支链相连,裂褶菌多糖能提高细胞免疫及体液免疫功能, 因子(TNF一 )的含量,以及香菇多糖L一2对TNF一 的mRNA 促进免疫球蛋白形成,刺激单核巨噬细胞的活性,增强巨噬细胞 表达的影响。与对照组小鼠相比,血清中TNF一仪含量有显著增 的吞噬功能和消化功能,具有显著抑制肿瘤生长的作用 。 加,并且,香菇多糖L一2可以上调TNF—O/.的mRNA的表达。表 2.1.2 以甘露聚糖为主链的真菌多糖以甘露聚糖为主链的真 明多糖L一2有增加TNF一0【含量的作用,多糖L一2增强免疫力 菌多糖主要是由 一糖苷键连接的甘露聚糖所形成的,目前研究 与TNF—d含量增加及在转录水平上调TNF—c ̄mRNA的表达有 较少,且大多活性较低或没有活性,其中银耳多糖是研究较多的 关。阮海星等 利用香菇提取液(多糖部分),分不同剂量组,在 以甘露聚糖为主链的真菌多糖。银耳多糖是一种酸性杂多糖,主 加与不加微粒体酶活化系统的条件下,发现其均能抑制由敌克松 链结构是由仅(1—3)糖苷键连接的甘露聚糖,支链由葡萄糖醛酸 (Dexon);甲基甲烷磺酸酯(MMS);2一乙酰氨基芴(2一AAF)所 和木糖组成。银耳多糖可明显促进小鼠特异性抗体的形成和腹 增加外周血T淋巴细胞数量,延缓胸腺 引起的TA98、TA100回变菌落数的增加;抑制率分别为37.7%, 腔巨噬细胞的吞噬能力,69.8%,70.3%,78.1%,39.0%,78.1%,83.0%,88.6%。抑制 萎缩,并可对抗由免疫抑制剂环磷酰胺引起的细胞免疫和体液免 由环磷酰胺(CY)引起的小鼠微核率的增加,抑制率分别为31. 疫低下的作用,对由环磷酰胺引起小鼠骨髓微核率增加和脾脏萎 80%,52.80%,63.10%。实验研究表明,香菇多糖能减少染色体 缩等也有明显的对抗作用,银耳多糖能显著抑制癌细胞DNA合 畸变、姊妹染色体互换和微核的发生率,可用于肿瘤的预防和治 成速率,对小鼠移植性肉瘤¥18o有显著的抑制作用(郑良.银耳多 疗。 糖提取条件及提取液黏度特性的研究[D].四川:四川大学, 茯苓聚糖是茯苓中的主要成分,其结构是50个13(1—3)结 2003.)。曲萌等 采用免疫荧光法、流式细胞仪及酶标仪等研 合的葡萄糖单位中有一个B(1— )结合的葡萄糖基支链和l~2 究了银耳多糖对荷HAC小鼠T细胞表面分化抗原、细胞因子、体 个B(1— )结合的葡萄糖基间隔 ;另有研究,茯苓聚糖的单糖 外肿瘤细胞的杀伤作用及小鼠移植性肝癌的影响,表明银耳多糖 组成是D一葡萄糖,甲基化后水解得到2,3,6一三一O一甲基一D 具有激活和提高特异性和非特异性杀伤细胞的抗肿瘤作用,可以 葡萄糖 。茯苓多糖经过化学修饰后可以增强溶解性,从而 调节机体免疫功能、抑制肿瘤细胞增殖、分化。 一提高抗肿瘤效果,硫酸酯化的茯苓多糖在60 mg・ 给药时对S 的抑制率为38.39% J。 腹腔注射 2.1.3 葡聚糖+甘露聚糖由d(1—3)葡聚糖和仅(1—3)甘露 聚糖构成,灰树花多糖是这类多糖的代表。灰树花多糖具有直 茯苓多糖的抗肿瘤机理与膜生化特性改变有关,茯苓多糖在 接、迅速改善晚期恶性肿瘤患者临床症状和体征的作用,在口服 体外对S 鲫、K562有直接抑制作用,并使肿瘤细胞唾液酸升高、 和注射给药的情况下,具有抑制肿瘤生长的能力,具有抑制化学 并能抑制乳腺癌的转移和复发,每天注射灰树 磷脂减少、细胞膜磷脂脂肪酸组成发生明显改变,并能干扰膜的 诱导癌瘤的活性,肌醇磷脂代谢,明显抑制磷脂酰肌醇转换”…。 花多糖0.2 mg对C3H鼠MM一46乳腺癌肿瘤转移抑制率达 对肿瘤复发抑制率91.9%。灰树花菌丝体经过碱提取 从云芝子实体分离出的云芝多糖,多糖含量30%~60%,由 92.1%,葡萄糖、半乳糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、岩藻糖等组成。 和柱色谱分离纯化,得到一种碱溶性多糖(GFM2A),经高碘酸氧 Smith降解、乙酰解并采用GCMS,IR,2D NMR等方法对其化 多糖为葡聚糖结构,以p一(1—3)、p一(1—4)或p一(1—4)、p 化、(1— )糖苷键为主链,B一(1—3)或B一(1—6)糖苷键为分 学结构进行了表征,证实该多糖由葡萄糖、甘露糖和木糖组成,其 【一(1—3)一D一葡萄糖和2个仪 支 。云芝多糖在体外对腹水肝癌AH一13细胞、吉田氏肉瘤 摩尔比为9:2:1,主链由6个0且 一(1--,3)一D一葡萄糖残基O 细胞和艾利氏腹水癌细胞有效。动物体内实验对S 。艾利氏腹 (1—3)一D~甘露糖构成,一一其中一个分支连接3个 一(1--- ̄4)一D一葡 水癌细胞、白血病一P388、MC一肉瘤、腺癌一755、腹水肝癌AH一 4位有两个分支,另一个分支连接一个 一(1--- ̄4)一D一木糖,经硫酸酯化 13、AH一7974、AH一66F有效” 。云芝胞内多糖可抑制黑色素 萄糖,具有良好的免疫增强和抗S 。肿 瘤B16细胞、Balb/c小鼠乳腺梭形细胞癌等实体肿瘤细胞的生 修饰后得到其硫酸酯化衍生物,对Sis0荷瘤小鼠的抑瘤率为47.92%,机制是通过增强小 长 。刘瑞等 将肝癌HepA细胞接种于小鼠皮下,灌胃给予 瘤活性,一 160,400,800 mg/kg的云芝子实体多糖提取物CVE,计算抑瘤率; 鼠的免疫调节功能来实现的 ” 。ELISA检测血清中IgG的含量;MTF法检测胸腺T淋巴细胞增生 几种代表性真菌多糖单糖组成及主链连接类型与抗肿瘤作 能力;免疫组化方法检测肝内o53、血管内皮生长因子(VEGF)蛋 用机制如表1所示:真菌多糖的抗肿瘤机制具有多途径多方式的 白的表达。结果表明CVE显著抑制皮下接种的鼠肝癌HepA细 特点,不同结构的真菌多糖,抗肿瘤机制既有相同之处,又各有其 胞的生长,提高血清中IgG的含量,显著促进胸腺T淋巴细胞转 特有的途径。 化增生,抑制小鼠肝内p53、VEGF的表达。说明CVE在体内有 2.2真菌多糖的高级结构与抗肿瘤活性的关系对真菌多糖结 显著的肿瘤抑制作用,其机制与免疫调节、抑制肿瘤转移、抑制血 构的研究表明,特定空间构像是其产生生物学活性的基础,具有 管生成等作用有关。 规则空间构像的真菌多糖,生物学活性较强,如果多糖的构象由 其活性会立即消失。一般认为,真菌多糖的结构 猪苓多糖(PPS)是从猪苓干燥菌核中分离的p一(1—3)葡 有序变为无序,聚糖,在PPS 1.0,10,100 mg/L时即可以增强iNOS活性及mR. 有4种类型:可拉伸带状、卷曲螺旋状、皱纹状、不规则卷曲状。 NA表达水平,从而刺激巨噬细胞NO大量合成与释放,并通过 呈可拉伸带状、皱纹状和不规则卷曲状的真菌多糖活性较低甚至 NO大量合成与释放调节免疫系统的功能从而起到抗肿瘤的作 没有活性,呈卷曲螺旋状的真菌多糖活性较高,三股螺旋构型是 用 。进一步的研究发现猪苓多糖与茯苓多糖对HL一60细胞 真菌多糖最具活性的空间构像。 质和胞膜两部分的酪氨酸蛋白激酶活力有不同的激活作用,说明 香菇多糖经x射线分析证实具有B一三股螺旋型立体结构, 其抗肿瘤的机制与酪氨酸蛋白磷酸化水平降低有关 。 对胃癌、直肠癌等均有抑制作用,与白细胞介素2(IL一2)联合可 从奇果菌属分离出的奇果菌多糖(Grifolan)具有抗肿瘤的活 抑制3一甲基胆蒽诱发的纤维肉瘤的转移;但当加入尿素、二甲 性,其基本结构是B一(1—3)结合的直链葡萄糖,每3分子中有 亚砜使其立体构型发生改变时,活性随之消失 ;相对分子质 1分子的B一(1—6)侧链葡聚糖Ⅲ 。从核盘菌(Sclerotiniascle— 量大于100 000的高分子裂褶菌水溶液多糖能形成类似的三股 rotiorum)分离得到的抗肿瘤多糖SSG,以B一(1—3)一D一葡聚 螺旋构型,只有该构型才具有抗肿瘤活性。当向水不溶性的裂褶 ・613・ 时珍国医国药2010年第21卷第3期LISHIZHEN MEDICINE AND MATERIA MEDICA RESEARCH 2010 VOL.21 NO.3  阮海星,俞红,黄靖宇,等.香菇多糖及抗突变作用的研究[J].现 多糖中添加尿素或氢氧化钠,则可诱导其产生类似的三股螺旋构 [6]代预防医学,2006,33(8):1317. 型,从而表现出抗肿瘤活性 ]。 表1 几种真菌多糖单糖组成与抗肿瘤作用机制 主链糖基 代表多糖 主链连接类型 主要抗肿瘤作用机制 [7] 蒋先亮,石清东.茯苓多糖与羧甲基茯苓多糖的结构表征[J].广西 师范大学学报(自然科学版),1996,14(3):40. [8] 甘景镐,甘纯矶,胡炳环.天然高分子化学[M].北京:高等教育出 香菇多糖B一(1—3)调节耋 茯苓聚糖 B一(1-.3) 版社,1993. - 凋亡 [9] 谈新提,王艺峰.化学修饰的茯苓多糖抗肿瘤效应的组织学观察 抑制肿瘤细胞周期 抑制肿瘤细胞蛋白质和核酸合成 影响肿瘤细胞生化代谢 抗氧化,清除氧自由基 调节免疫,诱导肿瘤细胞凋亡 [J].武汉大学学报(医学版),2004,25(6):654. [1O] 吴迪.茯苓多糖抗肿瘤作用与机理的实验研究[J].中国药理学 通报,1994,10(4):3O. [11] 张劲松,韩炜玮,潘迎捷.云芝子实体多糖化学结构的研究[J].药 学学报,2001,36(9):664. 葡聚糖云芝多糖B_( (一 籼 宝 酸△成 抑制肿瘤血管形成 抗氧化,清除氧自由基 调节免疫,诱导肿瘤细胞凋亡 [12] 牛晓晖,纪凤兰,张伟,等.云芝多糖药理作用研究进展[J].特产 研究,2004,26(2):57. [13] 吴凯南,林辉,孔令泉.云芝胞内多糖抑制肿瘤血管生成和移植 性乳腺癌生长的实验研究[J].中华普通外科杂志,2001,16(2): 124. B一(1 )一p一(1— ) [14 J 刘瑞,侯亚义,张伟云,等.云芝子实体提取物的抗肿瘤作用研究 猪苓多糖 B一(1---.3) 影响肿瘤细胞生化代谢 抑制肿瘤血管形成 调节免疫,诱导肿瘤细胞凋亡 甘露聚糖银耳多糖 葡聚糖及 甘露聚糖 灰树花d一(1—3)一D一葡萄糖 多糖一 一(1---3)一D一甘露糖 , 调 薷 黧 亡 [16] 杨江苏,秦旭平,张调节免疫, 诱导肿瘤细胞凋亡 [J].医学研究生学报,2004,17(5):413. [15] 黄迪南,侯敢,祝其锋.猪苓多糖对小鼠腹腔巨噬细胞诱导型一 氧化氮合酶活性及mRNA表达的影响[J].中西医结合学报,2004, 2(5):350. 娜,等.2种真菌多糖对HL一60细胞酪酸蛋 白磷酸化作用的影响[J].中国药学杂志,2000,35(5):303. 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[23] 杜景卫,杨明峰,苏延友,等.灰树花多糖体内抗s 肉瘤实验研究 [J].山东中医杂志,2006,25(3):193 [24] Matsuoka H.Lentinan potentiates immunity and prolongs the survival 参考文献: [1]孙群,阚健全,赵国华,等.活性多糖构效关系研究进展[J].广东 time of some patients[J].Anticancer Res,1997,17(4A):2751. 食品工业科技,2004,20(1):104. fect of urea and sodium hydroxide on [25] Zhang P,Zhang L,Cheng S.Ef[2] 曾凯宏.真菌多糖的结构与功能[J].食品科技,2001,4:65. the molecular weight and conformation of B~(1,3)一D一 ̄ucan from [3]李艳辉,王琦.真菌多糖的生物活性与构效关系研究评价[J].吉 letinus edodes in aqueous solution[J].Carbohydr Res,2000,327(2): 林农业大学学报,2002,24(2):70. 431. [4]王慧铭,夏明,夏道宗,等.香菇多糖抗肿瘤作用及其机制的研究 [26] Young S H,Jacobs R.Sodiun hydroxide—induced confor—mational [J].浙江中西医结合杂志,2006,16(5):291. change in schizophylan detected by the fluorescencedye,aniline blue [5]阮征,付晓芳,周泉城,等.香菇多糖L一2对荷瘤小鼠TNF—oc l J].Carbohydr Res,1998,310(1):91. 和IL一2的影响[J].食品科学,2006,27(1):223. ・614・ 

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